油水井工况监控系统和全球眼的融合技术

1、油水井工况监控系统和全球眼的融合技术檀革勤1 曾韬2 王巨鹏3 孙永4 （1北京雅丹石油技术开发有限公司，北京昌平，102200；2中国电信上海研究院，上海浦东，200120；3大港油田，天津大港，300280；4中国电信大庆分公司，黑龙江大庆，163311)摘 要：本文针对目前油田数据采集、视频监控的独立设计、安装、运行这一现状，研制出了油水井多功能测控仪，该系统利用中国电信EVDO无线网络传输技术，将油水井工况监控系统、全球眼平台无缝对接在一起，较好地解决了数据和视频同步传输的难题。本文对系统设备的背景、实现方式、系统功能、及关键技术进行了阐述，并通过其在大庆油田、大港油田的应用，表明此系

2、统能满足油田数据、视频一体化同步传输、自动报警、工况监控、安全防护、Web及手机页面展示、远程控制等功能的需要。关键词：油水井 工况监控 全球眼 EVDO 数据视频一体化 Web、手机页面1 引言目前，油水井生产管理主要依靠人工完成，自动化技术应用较少，油井耗能大，传统的油水井管理模式和机械采油综合配套能力难以满足油田经济开发的需要，劳动生产率处于较低水平。数据采集技术和视频监控技术虽然都得到了一定的发展，但还没有达到大规模的广泛应用阶段，尤其是油田的数据、视频分头建设，造成油田生产管理自动化应用成本比较高，约束了自动化技术应用的发展，无法满足现阶段油田生产管理的需求。针对上述情况，中国电信携

3、手北京雅丹石油技术开发有限公司进行攻关，结合最新的电子技术、传感器技术、网络数据传输技术和油水井工艺，实现了油水井工况监控系统和全球眼系统的融合。该系统解决了数据和视频的同步实时传输；建立了油水井多功能测试仪的休眠唤醒机制，减少通讯信道的无效占用；开发了数据视频一体化展示平台，可以在电脑和手机上显示油水井当前的实时数据和视频，并可以通过语音或短信对设备进行远程唤醒。 2 油水井工况监控系统和全球眼的融合背景2.1 油水井工况监控系统日益成熟、应用进一步推广油水井工况监控系统集先进成熟的计算机技术、通信技术、传感器技术、采油工程技术于一体，具有油井自动监测和控制、实时数据采集、油井液量计量、油井

4、工况诊断优化设计等功能1。油水井工况监控技术经过多年发展，技术日益成熟、产品更加稳定可靠；在全国大部分油田都得到了推广和应用，效果良好，并具有广阔的发展前景。2.2 全球眼系统的大规模应用全球眼网络视频监控业务是由中国电信推出的一项完全基于宽带网的包含图像远程监控、传输、存储和管理的增值业务。该业务系统利用中国电信无处不达的宽带网络，将分散、独立的图像采集点进行联网，实现跨地区、全国范围的统一监控、统一存储、统一管理、资源共享，为各行业的管理决策者提供一种全新的、直观的、扩大视觉和听觉范围的管理工具，提高其工作绩效2。2.3 油水井生产管理自动化的需要油水井生产管理工程中，需要对油水井的工况参

5、数、井场视频进行采集和监控。工况监控包括油水井的压力、温度、电量、载荷等数据进行实时采集、实时传输、实时分析、实时发布，使得油田管理人员能够很好地掌握油水井的实时工况，使油水井在高效低耗的状态下运行；视频监控可以实现将油水井现场的视频信号传送到视频平台里，通过Web或手机来监控油水井当前实时的工作影像，这样一方面可以及时、直观地发现油水井的故障，另一方面还具有安全防护功能，可以防止安全事故、各种偷盗事件的发生。当数据监控和视频监控融合后，可以在一个平台上同时看到井的实时工况数据和视频，带给管理者一种“身临其境、眼见为实”的感觉。综上所述，油田生产管理对推广油水井数据采集、工况分析及视频监控的应

6、用提出了迫切的需求；成熟的专项技术对数据、视频系统的融合提供了扎实的基础；规模化、系统化的应用为降低系统成本、大规模推广实施提供了有力的保证。3 油水井工况监控系统和全球眼的融合方案3.1 系统原理融合系统由油水井多功能测控仪、全球眼视频服务平台、石油数据平台、Web展现和手机展示等设备及子系统组成。油水井多功能测控仪设备系统集油水井工况监控系统RTU、全球眼视频服务器DVR、基于EVDO的3G路由器等设备于一体，一台多功能测控仪可以完成半径在300m500m范围内的多口相邻井的工况数据、视频信号的采集和一体化传输。3G路由器采用中国电信的EVDO通讯模式，同时建立RTU和石油数据平台之间、D

7、VR和全球眼视频服务平台之间的双向通讯；通过Web网页或手机实现工况数据和视频图像的同步展示。系统原理框架如图1所示。石油数据平台视频服务平台Web展现手机展示图1 系统原理图RTUDCD3G路由器（Router）RS232RJ45DVRIO油水井多功能测控仪图2 技术方案流程图油水井多功能测控仪安装在井场上，测控仪中的RTU通过Zigbee无线网络采集安装在多口油水井上的无线传感器数据，包括压力、电量、温度、载荷、流量等，将数据整合打包存贮在RTU里，并通过中国电信EVDO传输到远程中控室上位机，进入到石油数据平台；同时中国电信全球眼设备采集现场油水井工作视频数据，通过EVDO传输至油田的视

8、频服务平台或者中国电信的视频服务平台；从而实现数据、视频采集、解析存储、工况分析和Web、手机发布；客户利用客户端浏览器或智能手机客户端程序实现数据浏览、油水井控制指令下发、系统管理等功能。数据流程见图2。图2 数据流程图3.2 硬件组成及连接油水井多功能测控仪主要由RTU、DVR、EVDO路由器组成，3个模块通过接口线结合在一起。接口一方面进行数据和视频的传输，另一方面进行模块之间的状态控制，实现同步休眠、唤醒功能。（1）路由器和RTU之间。RTU为路由器提供12V电源，同时RTU和路由器之间通过串口（RS232）进行通信，另外路由器通过DCD通知RTU在线或离线状态。（2）路由器和DVR之

9、间。路由器和DVR之间通过RJ45(标准网线) 进行通信，实现视频图像传输、电子围栏报警、3G路由器在线状态变化报告等功能。（3）RTU和DVR之间。RTU为DVR提供12V电源同时通过两个输出和一个输入和DVR进行设备状态指示和数据触发等功能。3.3 一体化传输方案流程为了减少EVDO设备通道占用时间，降低通讯费用，同时考虑到油田监控的应用要求，数据传输主要有以下两种情况。（1）在一般情况下，数据采集和视频监控都是以定时上报模式上传数据，上位机通过短信网关给EVDO路由器发送短信或者进行电话语音唤醒，在建立稳定连接后，进行数据视频传输，传输完成后，设备又自动进入休眠状态。（2）当系统有报警信

10、息时，会采用立即上报模式，RTU和DVR通过数据主动唤醒路由器，在建立稳定连接后，进行报警信息的传输，传输完成后，设备又自动进入休眠状态，见图3。由图中可以看到，RTU、DVR、路由器三者的状态控制和协调，是一体化传输方案的核心。1）路由器分为两种状态：在线状态、下线状态。在线状态：此时路由器保持与外网的连接。定期向外网发一个心跳包，路由器定期向DVR发在线通知消息，同时DCD电平置高。下线状态：此时路由器断开与外网的连接。路由器定期向DVR发下线通知消息，DCD电平置低。2）RTU分为三种状态：在线忙状态、在线闲状态、下线状态。在线忙状态：此时RTU通过路由器向石油数据平台发送数据包，同时输

11、出1接口置高。在线闲状态：此时RTU只通过路由器向石油数据平台发送心跳包，用来维持链路，同时输出1接口置低。下线状态：此时RTU不向路由器发送任何数据。3）DVR分为三种状态：在线忙状态：此时DVR通过路由器向视频数据平台发送数据包，同时输出1接口置高。在线闲状态：此时DVR只通过路由器向视频数据平台发送心跳包，用来维持链路，同时输出1接口置低。下线状态：此时DVR不向路由器发送任何数据。图3 数据视频一体化传输流程图4 系统特点（1） 具备原有油水井工况监控系统和全球眼系统的全部功能。（2） 模块化设计。工况数据采集和视频监控可以合在一起运行，也可以分开独立运行，保证当RTU和DVR任何一个

12、出现故障时，不影响另外一个正常工作。（3） 视频服务平台可以灵活搭建，既可以使用中国电信的视频服务平台，也可以根据油田需要，在油田架设视频服务平台。（4） 实现了RTU、EVDO路由器、DVS之间的协调工作并实现整体设备与服务器之间的数据采集和传输。（5） 远程唤醒。可以通过手机短信和语音电话进行远程唤醒，系统可以设置响应手机号列表，可以设置多个手机号，只有在收到列表里的手机发送的短信、拨打的电话时，系统才做出响应，避免了垃圾短信或误拨电话的干扰。（6） 现场数据唤醒。RTU和DVS可以通过数据在现场唤醒，保证报警信息可以及时上传。（7） 基于Web数据、视频平台的同步展示，实现相关人员利用浏览器了解油水井的工况和各种报表数据的浏览；在油井监控管理平台上呈现模拟油水井数据及油水井监控视频画面。如图4和图5所示。图4 Web展示图5 手机客户端监控（8）电子围栏功能。具有电子围栏功能，可以有效检测非法入侵，并可以通过声光报警来警告、驱逐非法入侵者。图6中，蓝色线框框住的区域就是电子围栏的感应区域，绿框中是3头牛，电子围栏成功捕捉到“入侵者”，并同步在网页的报警列表里有最新的“进入区域”警告，从摄像头里的时间和报警列表里的时间可以看出，报警信息准确及时。图6 电子围栏功能